第二章弹性变形与塑性变形材料的力学性能

2 13
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B、位错交互作用阻力
Gb
2 15
剧烈冷变形位错密度增加4-5个数量级
----形变强化！
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C、晶界阻力----Hall—Petch公式：
k s 0 d
2 16
细晶强化
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D、固溶强化
溶质原子与位错的：
弹性交互作用 电化学作用 化学作用 几何作用 间隙固溶体的强化效果比置换固溶体的大！
x = [ x - ( y + z ) ] / E
y = [ y - ( z + x ) ] / E
z = [ z - ( x + y ) ] / E x y = x y / G
(2–3)
y z = y z / G
z x = z x / G 单向拉伸时： x = x / E ， y = z = - / E
3、固体中一点的应力应变状态
z
z z z x z y y z x y y x
正应力： x 、 y 、 z 正应变： x 、 y 、 z 切应力：x y 、 y z 、 z x 切应变：x y 、 y z 、 z x
y y
y
x z
x x
x
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4、广义虎克定律
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2.3 弹性极限与弹性比功
1、条件比例极限 p ：
规定非比例伸长应力。
2、条件弹性极限 e ： 规定残余伸长应力。
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3、弹性比功 We（弹性应变能密度） 材料开始塑性变形前单位体积 所能吸收的弹性变形功。
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e
We = e e e / 2 = e2 / (2E)

0
e
0 进入网络实验室
e
3、内耗 Q-1
------ 弹性滞后使加载时材料吸收 的弹性变形能大于卸载时所释放的弹性 变形能，即部分能量被材料吸收。 （弹性滞后环的面积） 工程上对材料内耗应加以考虑
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4、包申格效应
产生了少量塑性变形的材料，再同向加载 则弹性极限与屈服强度升高；反向加载则弹性 极限与屈服强度降低的现象。
24.0
1
2´
30.1
8.5
4 e
0
2
17.8
3
28.7
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2.5 塑性变形
1、单晶体塑性变形的主要方式 滑移和孪生 2、多晶体塑性变形的特征 1）塑性变形的非同时性和非均匀性
材料表面优先 与切应力取向最佳的滑移系优先
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2）各晶粒塑性变形的相互制约与协调
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2.2 弹性变形
1、弹性变形的物理本质 外力(F)与原子间引力(a / r m)、斥力(b / r n) 的平衡过程。
F f F a r
m

b r
n
0
nm
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2、弹性常数
E = 2 (1+ )G E： 正弹性模量（杨氏摸量）
：柏松比 G：切弹性模量
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5、影响弹性模量的因素 1）原子半径： E = k / r m
m>1
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2）合金元素： 影响不大。 3）温 度： 影响原子半径。
4）加载速率： 影响小。 5）冷变形：
E 值略降低。
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6）弹性模量的各向异性 单晶：最大值与最小值相 差可达四倍。 多晶：介于单晶最大值与 最小值之间
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2、形变强化容量： b 3、形变强化技术意义
变形均匀化 抗偶然过载能力 生产上强化材料的重要手段
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本章完
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3、屈服强度和条件屈服强度 s 0.2 0.01 0.001 0.5
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4、提高屈服强度的途径
金属的屈服强度与使位错开动的临 界分切应力相关，其值由位错运动的所 受的各种阻力决定。
A、点阵阻力 ： 派—纳力
p n
2G 2W exp 1 b
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2、屈服现象的解释
柯氏气团概念：
溶质原子、杂质、位错和外力的交互作用
位错增值理论： έ = b
= ( /0 )m
材料塑性应变速率έ、可动位错密度 、位错运动 速率 、柏氏矢量b 、滑移面上切应力 、位错产 生单位滑移速度所需应力0 、应力敏感系数m
晶粒间塑性变形的相互制约 晶粒间塑性变形的相互协调 晶粒内不同滑移系滑移的相互协调
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3、形变织构和各向异性
形变 晶面转动
形变织构
各向异性 （轧制方向有较高的强度和塑性）
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2.6 屈服强度
1、物理屈服现象（非连续形变强化）
P A C F D
应变时效
0
B E
L
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材料受力造成：

弹塑性变形 断裂 弹性变形
ｅ
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2.1 引言
弹性变形涉及构件刚度——构件抵抗弹
性变形的能力。与两个因素相关： 构件的几何尺寸 材料弹性模量
塑性变形的不同工程要求：
加过程工中降低塑变抗力 服役过程中提高塑变抗力
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弹性与塑性在工程上的应用准则：
服役中构件的应力不能超过弹性极 限或屈服强度，加工中的材料应降低弹 性极限或屈服强度。
0
ee
e
制造弹簧的材料要求高的弹性 比功：（ e 大 ，E 小）
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2.4 弹性不完善性
1、弹性后效
瞬间加载------正弹性后效 瞬间卸载------负弹性后效
1 e e1 e
e1
e2 0
t
e1 t 0
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e2
e2
0
t
2、弹性滞后
------ 非瞬间加载条件下的弹性后效。 加载和卸载时的应力应变曲线不重合 形成一封闭回线 ------ 弹性滞后环
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E、第二项强化
聚合型：局部塑性约束导强化 弥散型：质点周围形成应力场对位错 运动产生阻碍----位错弯曲
Gb 2r
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2.7 形变强化 1、形变强化指数： n
Hollomon方程： S = K pn
描述了产生塑性变形后的真应力 ~ 应变曲线
材料的 n值与屈服强度近似成反比 如低碳钢和低合金高强度钢：n =70/s